王莊林

5.日本節(jié)能裝配建筑產(chǎn)品技術(shù)動(dòng)向

近30年來節(jié)能裝配建筑產(chǎn)品技術(shù)在歐美等國家（地區(qū)）逐步發(fā)展起來，后在日本得到了進(jìn)一步的研究和開發(fā)，設(shè)計(jì)制造、裝配和施工技術(shù)日趨成熟。同時(shí)在《節(jié)約能源法》、《住宅節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》等法律法規(guī)多次修正發(fā)展中，日本節(jié)能裝配建筑產(chǎn)品技術(shù)不僅改變了傳統(tǒng)住宅的結(jié)構(gòu)模式，而且以節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)的建筑裝配部構(gòu)件幾乎完全替代了磚、混凝土、石材、木材，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠系列化生產(chǎn)、快速機(jī)械化施工，從而大大降低了施工現(xiàn)場(chǎng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了施工工期，這種方式已在國際處于領(lǐng)先地位。

現(xiàn)在日本，不同結(jié)構(gòu)形式節(jié)能裝配建筑所占比例：木結(jié)構(gòu)12～15%，PC裝配結(jié)構(gòu)24%～30%，輕鋼結(jié)構(gòu)56%。其中高層節(jié)能裝配住宅的市場(chǎng)占有率為58.40%，若是有85%的裝配住宅不同程度地采用了PC裝配構(gòu)件，那么采用PC裝配結(jié)構(gòu)技術(shù)的裝配住宅，市場(chǎng)總體占有比率接近40%以上；在住宅標(biāo)準(zhǔn)化方面，日本各類裝配部構(gòu)件（構(gòu)配件、制品設(shè)備）工業(yè)化、社會(huì)化生產(chǎn)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已十分齊全，占標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)的95%以上；在建筑節(jié)能方面，日本新建的建筑物中80%以上是節(jié)能化的；而內(nèi)裝100%是工業(yè)化生產(chǎn)+現(xiàn)場(chǎng)干作業(yè)方式。近年來，日本節(jié)能裝配建筑界正在發(fā)掘與推行的節(jié)能產(chǎn)品與裝配技術(shù)主要有：

5.1木結(jié)構(gòu)節(jié)能裝配技術(shù)

日本1990年提出發(fā)展3R型社會(huì)的基本方針，旨在通過節(jié)省資源（Reduce）、廢舊產(chǎn)品再使用（Reuse）、廢棄物再資源化（Recycle），實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，其中在木結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。特別是2003年在《循環(huán)型社會(huì)推進(jìn)基本計(jì)劃》中確定了木結(jié)構(gòu)建筑業(yè)的主要節(jié)能規(guī)范：①抑制木結(jié)構(gòu)建筑廢棄物的產(chǎn)生、減少木結(jié)構(gòu)建筑用料和能源消耗；②促進(jìn)木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)品的再使用和廢棄物的再資源化；③企業(yè)要努力生產(chǎn)環(huán)保型、能夠長(zhǎng)期使用的木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)品。國土交通省公布的“2015年度木結(jié)構(gòu)建筑副產(chǎn)物實(shí)態(tài)調(diào)查”顯示，2015年度木結(jié)構(gòu)建筑廢棄木材比1998年減少了75%，建筑廢棄木材的再資源化率為68%，2016年再資源化目標(biāo)為80%；2020年再資源化目標(biāo)為98%。

現(xiàn)在日本，木結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)能裝配技術(shù)工法主要有：

（1）木造軸組工法。該制法是日本傳統(tǒng)的裝配制造工法，多被大工工務(wù)店類的中小型建設(shè)企業(yè)所采用，是民間建筑應(yīng)用最廣泛的住宅施工方式。一般情況下，大工工務(wù)店的木制住宅現(xiàn)場(chǎng)由工務(wù)店的負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮。住宅的木制主體結(jié)構(gòu)多由本工務(wù)店的技術(shù)工人承擔(dān)施工，屋頂、裝飾等工程則由外部的工人承擔(dān)。采用該工法的節(jié)能裝配效率與住宅數(shù)量難以統(tǒng)計(jì)，原因是按照日本的法律規(guī)定，較小的建設(shè)工程（工程造價(jià)低于1500萬日元，約90萬元人民幣）無需取得建設(shè)業(yè)許可證，是可以不用辦手續(xù)的。

（2）2×4工法。這是日本傳統(tǒng)工法和美國標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)合，以2in×4in的木材為骨材，結(jié)合墻面、地面、天井面等面形部件作為房屋的主體框架進(jìn)行房屋裝配建造方法。該工法較傳統(tǒng)的軸線工法有更高的施工效率，且不需要技術(shù)較高的熟練工，適合中小企業(yè)進(jìn)行房屋建造。1988年日本采用該工法新建住宅數(shù)量為全部新建住宅的2.5%，節(jié)能裝配效率達(dá)到45%。此后持續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)，2003年新建住宅數(shù)量達(dá)到5.2%，節(jié)能裝配效率達(dá)到56%；2015年新建住宅數(shù)量達(dá)到7%，節(jié)能裝配效率達(dá)到67%。

（3）Pre-fabricated工法。它是大型住宅建設(shè)企業(yè)以工廠預(yù)制構(gòu)造的主要施工方法。該工法是將住宅的主要部位構(gòu)件，如墻壁、柱、樓板、天井、樓梯等，在工廠成批生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)組裝。其節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化、工廠生產(chǎn)化與施工裝配化效率較高。2003年日本采用該工法新建住宅數(shù)量為全部新建住宅的2.5%，節(jié)能裝配效率達(dá)到45%。此后持續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)，2003年新建住宅數(shù)量達(dá)到11.5%，節(jié)能裝配效率達(dá)到75%；2015年新建住宅數(shù)量達(dá)到13.7%，節(jié)能裝配效率達(dá)到75%。

5.2 PC結(jié)構(gòu)裝配節(jié)能技術(shù)

日本制定的《節(jié)約能源法》與《住宅節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》等法規(guī)，經(jīng)過多次修改后，2006年又追加了與PC結(jié)構(gòu)等裝配建筑設(shè)備有關(guān)項(xiàng)目的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。要求PC結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)從設(shè)計(jì)階段就綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化和集約化理念，引導(dǎo)疊合樓板、內(nèi)外墻板、樓梯板、陽臺(tái)板等預(yù)制構(gòu)配件的系列化開發(fā)、規(guī)模化生產(chǎn)，促進(jìn)PC裝配式建筑的建造工期縮短、成本降低以及運(yùn)營管理效率提高，確保節(jié)能減排綜合效益。

日本自1956年開發(fā)了壁式預(yù)制裝配的2層住宅后，其結(jié)構(gòu)裝配技術(shù)逐步發(fā)展，至今形成了多種完善的PC結(jié)構(gòu)裝配節(jié)能技術(shù)，不同的結(jié)構(gòu)裝配對(duì)應(yīng)不同節(jié)能建筑的施工方法，不同的施工方法又相應(yīng)不同結(jié)構(gòu)體系的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，即形成了不同節(jié)能裝配的結(jié)構(gòu)技術(shù)體系，在節(jié)能裝配建筑產(chǎn)業(yè)化方面走在世界的前列。目前日本建筑界采用的PC結(jié)構(gòu)裝配節(jié)能技術(shù)體系主要有：

（1）W-PC工法技術(shù)體系。該工法于1965年由日本住宅公團(tuán)首創(chuàng)在千葉縣建設(shè)了4層住宅樓。同年，日本建筑學(xué)會(huì)編寫了《壁式鋼筋混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及解說》以及《JASS10混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)工程》。1970年SPH（住宅標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)）的開發(fā)與1971年日本建筑中心《壁式鋼筋混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)5層公共住宅設(shè)計(jì)指南及解說》的出版使W-PC工法形成了具體化技術(shù)體系，開始廣泛地應(yīng)用于實(shí)際建設(shè)，并成為日本經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)時(shí)期住宅大規(guī)模建設(shè)的主要工法。到目前為止，W-PC工法仍然是日本5層以下公共住宅的代表性技術(shù)體系。

技術(shù)特點(diǎn)：其工法技術(shù)是將預(yù)制的構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)吊裝連接形成整體結(jié)構(gòu)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要將W-PC結(jié)構(gòu)分割并預(yù)制。其結(jié)構(gòu)主要有三種預(yù)制構(gòu)件：①剪力墻板：連接正交剪力墻的大型鋼筋混凝土預(yù)制板；②樓面板、屋頂板：連接平行剪力墻的鋼筋混凝土預(yù)制板；③樓梯板：連接平行剪力墻的鋼筋混凝土預(yù)制樓梯平臺(tái)板及連接樓梯平臺(tái)之間的鋼筋混凝土預(yù)制板。

節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)：該技術(shù)的節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)主要有：①將外墻或隔墻作為剪力墻來使用，既合理又經(jīng)濟(jì)；②柱或梁不暴露在室內(nèi)，能夠有效利用居住空間；③預(yù)制率越高，越能大幅度縮短工期；④施工器具、外部裝飾、各種配管等可以事先準(zhǔn)備，可以節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)工作量，彌補(bǔ)技工數(shù)量不足的問題；⑤通過減少噪聲、振動(dòng)、粉塵等施工公害和廢棄物，大幅度削減木模板的使用量，有利于保護(hù)環(huán)境。

（2）WR-PC工法技術(shù)體系。1988年由日本住宅公團(tuán)首次采用WR-PC工法在日本多摩新城建造了兩棟11層的裝配住宅。此后，住宅都市配備公團(tuán)、九段建筑研究所及預(yù)制建筑協(xié)會(huì)眾多資深專家共同進(jìn)行研究開發(fā)，依據(jù)實(shí)際工程的設(shè)計(jì)與施工編寫了《高層壁式框架鋼筋混凝土預(yù)制設(shè)計(jì)、施工指南》，形成了具體化技術(shù)體系?，F(xiàn)在，這種工法已成為15層以下的高層集體住宅樓的主要結(jié)構(gòu)技術(shù)體系之一。

技術(shù)特點(diǎn)：其工法技術(shù)是將用于高層裝配建筑的壁式框架鋼筋混凝土進(jìn)行預(yù)制。其主要鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件有：①壁柱：樓板上端與梁下端之間的扁平矩形鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件；②梁：使相鄰壁柱之間的樓板鋼筋向外突出的鋼筋混凝土半預(yù)制構(gòu)件；③剪力墻板：沒有梁的上下層樓板之間的大型鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件；④樓面板：不使用次梁的、大型疊合樓板用鋼筋混凝土半預(yù)制板。除此之外，外廊、陽臺(tái)等的懸臂構(gòu)件、樓梯、填充墻等構(gòu)件也可以進(jìn)行預(yù)制。其接合部主要有預(yù)制柱的水平連接、預(yù)制剪力墻的水平連接、半預(yù)制梁的疊合面、預(yù)制柱與預(yù)制剪力墻的豎向連接、半預(yù)制梁的豎向連接。

節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)：該技術(shù)的節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)主要有：①與壁式構(gòu)造相同，分戶墻沒有設(shè)置梁，能夠有效利用居住空間；②扁平壁柱上面留有設(shè)備備用孔，業(yè)主可以比較自由地利用自己的房間；③可以縮短工期，有利用環(huán)境保護(hù)，可以節(jié)約勞動(dòng)力，結(jié)構(gòu)主體質(zhì)量高、壽命長(zhǎng)。

⑶R-PC工法技術(shù)體系。1990年日本都市住宅配備公團(tuán)首次采用高層R-PC工法。1993年日本與美國聯(lián)合研究的“預(yù)制抗震結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（PRESSS）”對(duì)R-PC工法實(shí)施了專向開發(fā)，對(duì)其包含鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件的鋼筋混凝土建筑的設(shè)計(jì)外力、結(jié)構(gòu)計(jì)劃、結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)件及接合部設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)資料進(jìn)行了匯總，并制定了指南及手冊(cè)，確立了現(xiàn)在的鋼筋混凝土預(yù)制化工法，形成了具體化技術(shù)體系。

技術(shù)特點(diǎn)：其工法技術(shù)是將現(xiàn)澆的PC鋼筋框架進(jìn)行預(yù)制，與WR-PC工法相比，在建造計(jì)劃和構(gòu)造計(jì)劃上受到的制約較小?？紤]施工可行性，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮接合部鋼筋的位置、斷面尺寸和施工順序等。混凝土預(yù)制構(gòu)件的接合部設(shè)計(jì)除了要保證結(jié)構(gòu)的性能外，還需要充分考慮施工可行性。其接合部主要有柱端的水平接合部、梁端的豎向接合部、預(yù)制墻的水平接合部、預(yù)制墻的豎向接合部、樓板端部的豎向接合部、樓板的水平接合面、小梁端部的豎向接合部。

節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)：該技術(shù)的節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)主要有：①其外廊、陽臺(tái)等的懸臂構(gòu)件、樓梯、填充墻等構(gòu)件可以與WR-PC一樣進(jìn)行預(yù)制。R-PC結(jié)構(gòu)接合部在設(shè)計(jì)時(shí)要求必須確保預(yù)制構(gòu)件接合部具有與現(xiàn)澆混凝土相同的結(jié)構(gòu)性能、耐久性和功能性，②在出現(xiàn)暴風(fēng)與發(fā)生旱遇地震時(shí)，其預(yù)制構(gòu)件接合部不會(huì)產(chǎn)生滑脫或較大的殘留裂縫；③在發(fā)生高烈度地震時(shí)允許預(yù)制墻的豎向接合部和水平接合部發(fā)生滑脫，但建筑不倒塌。

⑷SR-PC工法技術(shù)體系。上世紀(jì)70年代，日本住宅公團(tuán)首創(chuàng)將型鋼與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的柱、梁、剪力墻等進(jìn)行預(yù)制的H-PC工法，并開始大量用于建設(shè)高層住宅，形成了具體化技術(shù)體系，并迅速在日本普及。H-PC工法是指在柱或梁上使用H型鋼的鋼筋混凝土預(yù)制化工法，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)或施工條件選擇最合適的預(yù)制構(gòu)件組合。該工法在日本廣泛用于11～15層的高層住宅，但近年來也常用于大跨度、不規(guī)則建筑及超高層建筑。

技術(shù)特點(diǎn)：SR-PC結(jié)構(gòu)主要有內(nèi)含H型鋼的梁、剪力墻與半預(yù)制鋼筋混凝土疊合樓板三種預(yù)制構(gòu)件。其鋼構(gòu)件一般通過焊接或高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，鋼筋通過接頭連接；預(yù)制柱與預(yù)制梁的接合部可以設(shè)在層高的中部或者梁跨的中部。其接合部主要有柱端水平接合部、預(yù)制梁端豎向接合部、預(yù)制墻-預(yù)制墻豎向接合部、預(yù)制墻-預(yù)制柱接合部、疊合板的水平疊合面、疊合板-疊合板水平接合部等。

節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)：該技術(shù)的節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)主要有在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中埋置型鋼與空腹式鋼框架，可以在工廠提前預(yù)制，提高了施工進(jìn)度；鋼預(yù)制型鋼混凝土構(gòu)件中的型鋼與混凝土共同承擔(dān)荷載，可以在施工時(shí)作為承受骨架，承受模板和其他施工荷載，因而極大的便利施工；梁和柱可以做成“十”字形、“艸”字形等整體構(gòu)件，在梁和柱的跨中央附近用高強(qiáng)螺栓將型鋼連接起來，可以降低梁柱節(jié)點(diǎn)連接的施工難度；型鋼混凝土結(jié)構(gòu)制作較為簡(jiǎn)便，具有承載力高、抗震性能好等特點(diǎn)，適用于抗震設(shè)防區(qū)。

5.3鋼結(jié)構(gòu)裝配節(jié)能技術(shù)

裝配式鋼結(jié)構(gòu)具有許多安全裝配與節(jié)能優(yōu)勢(shì)：①鋼材強(qiáng)度高、自重輕、剛度大，且勻質(zhì)性和韌性好，有穩(wěn)定承載力并承受較大變形；②相比混凝土這種脆性材料，鋼結(jié)構(gòu)具有更好的抗震能力；③作為裝配式部構(gòu)件，鋼材料適于工廠化制作，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，縮短施工工期，符合產(chǎn)業(yè)化要求；④與混凝土結(jié)構(gòu)建筑相比，鋼結(jié)構(gòu)建筑更容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化與系列化、構(gòu)配件生產(chǎn)的工廠化、現(xiàn)場(chǎng)施工的裝配化、完整建筑產(chǎn)品供應(yīng)的社會(huì)化。⑤鋼結(jié)構(gòu)工廠制作質(zhì)量可靠，尺寸精確，安裝方便，易與相關(guān)部品配合。⑥鋼結(jié)構(gòu)具有生態(tài)環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，改建和拆遷容易，材料的回收和再生利用率高，節(jié)能與環(huán)保效益可達(dá)70%；⑦采用裝配化施工的鋼結(jié)構(gòu)建筑，占用的施工現(xiàn)場(chǎng)少，施工噪音小，可減少建造過程中產(chǎn)生的建筑垃圾50%以上，被譽(yù)為“綠色節(jié)能建筑”。日本在住宅與建筑方面，出于裝配安全和結(jié)構(gòu)節(jié)能的考慮，選擇鋼結(jié)構(gòu)的比列較高?，F(xiàn)在日本，常用的建筑結(jié)構(gòu)體系為6層以下的低層建筑采用純鋼結(jié)構(gòu)；6～16層采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；16層以上的底部采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部采用純鋼結(jié)構(gòu)的較多；超高層建筑則采用多層鋼結(jié)構(gòu)與多型鋼混凝土梁柱結(jié)構(gòu)。

由于裝配式鋼結(jié)構(gòu)特殊的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，從日本政府層面看，盡管政府對(duì)建筑結(jié)構(gòu)沒有明確的政策差異，但是十分重視鋼構(gòu)建筑節(jié)能和環(huán)保的實(shí)際效果，并于1981年頒發(fā)《新耐震設(shè)計(jì)法》，2001年、2007年兩次修訂《建筑基準(zhǔn)法》，針對(duì)鋼構(gòu)建筑的節(jié)能效率與抗震性能等有非常明確的法律條款和強(qiáng)制性規(guī)范。《鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)準(zhǔn)》補(bǔ)充條款，提高建筑的抗震標(biāo)準(zhǔn)。此外，成立于1955年的日本輕鋼建筑協(xié)會(huì)，對(duì)日本鋼結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)化的形成和發(fā)展起到了重大作用。該協(xié)會(huì)頒發(fā)有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能裝配的現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程就達(dá)幾十部之多，如《鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)準(zhǔn)》、《鋼構(gòu)造塑性設(shè)計(jì)指針》等。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的裝配節(jié)能技術(shù)和所有建筑材料以及新型材料，指定由專業(yè)節(jié)能裝配組織評(píng)審檢驗(yàn)后，再由政府簽發(fā)通用許可；并要求每批材料的標(biāo)準(zhǔn)審定和批準(zhǔn)文號(hào)都存檔備案，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)與建造企業(yè)實(shí)現(xiàn)全過程的監(jiān)管和檢驗(yàn)，保證合乎標(biāo)準(zhǔn)的材料才能運(yùn)用到節(jié)能裝配建筑中去。

現(xiàn)在日本，鋼結(jié)構(gòu)裝配住宅體系特點(diǎn)集中體現(xiàn)在其外墻體系上，而外墻體系的先進(jìn)程度突出表現(xiàn)在使用了性能優(yōu)越的鋼骨架、墻板及相關(guān)構(gòu)配件，但要想在建筑實(shí)際使用中真正發(fā)揮出高性能，墻板體系構(gòu)造方案的優(yōu)化組合是關(guān)鍵，各構(gòu)件只有既“各司其職”又“密切配合”才實(shí)現(xiàn)最佳整合效果，達(dá)成墻體的整體高性能。目前日本建筑界采用的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能裝配外墻技術(shù)體系主要有：

⑴H-SCBS/ECB技術(shù)體系?！癏-SCBS/ECB技術(shù)體系”即H鋼柱梁框架結(jié)構(gòu)+擠壓成形纖維水泥板體系，應(yīng)用于上下柱錯(cuò)位重型鋼框架。該體系由積水公司創(chuàng)用，其應(yīng)用的H鋼柱梁框架結(jié)構(gòu)屬于重型鋼框架結(jié)構(gòu)，采用“梁通柱斷”的方案，柱高等同于層高，上下柱可錯(cuò)位。由于H鋼斷面開放，便于與其他構(gòu)件連接，但因兩軸方向的截面受力特性不同，對(duì)受壓構(gòu)件而言，強(qiáng)軸方向的屈曲抗力很高，而弱軸方向則較低，所以整個(gè)截面的屈曲強(qiáng)度仍然較低。此體系使用翼緣小于腹板的鋼型，且將腹板方向與墻身平行，其外墻軸線都在柱的強(qiáng)軸方向上，這樣可以減小墻體的厚度。這種鋼框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件斷面尺寸較大結(jié)構(gòu)跨矩也大，這對(duì)靈活室內(nèi)空間是有利的。

結(jié)構(gòu)工藝：從“H-SCBS/ECB技術(shù)體系”的結(jié)構(gòu)工藝分析，H鋼柱梁框架的構(gòu)件間距比較大，可以接近一開間跨度，而雖然外壁板的跨度尺寸可達(dá)5m，但工作寬度最大只能達(dá)到900mm，因此，板通過其四個(gè)角部連接件在上下式固定于梁的角鋼托件上，這樣板寬與柱跨尺寸沒有直接連系，板跨可以等長(zhǎng)于層高，板寬也可以盡量使用同種規(guī)格，有利于減少構(gòu)件的類型使之更為經(jīng)濟(jì)。不過，當(dāng)柱跨尺寸均勻時(shí)，ECB板也可以橫向使用，用同樣的構(gòu)件固定于柱上，這樣布板橫縫多、豎縫少。通常小住宅的房間開間不均勻，而柱也盡量設(shè)在有隔墻的位置使柱跨難以采用統(tǒng)一尺寸，所以豎掛板應(yīng)用得比較多。

構(gòu)造功能：從構(gòu)造層次的功能上分析，H鋼柱梁框架結(jié)構(gòu)與ECB板配合使用的一個(gè)重要原因是ECB板本身由于內(nèi)部有機(jī)纖維的使用大大加強(qiáng)了其跨度方向的抗彎強(qiáng)度，因此可在既沒有內(nèi)部配鋼筋，又無需在外部龍骨支撐下使用，只在四角處伸進(jìn)墊塊通過高強(qiáng)螺栓在板外固定一Z型連接件，用此連接件對(duì)板材進(jìn)行固定即可滿足安裝強(qiáng)度的需要，實(shí)現(xiàn)大跨度的立面覆蓋。

節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)：此體系應(yīng)用的ECB板（擠塑成形纖維水泥預(yù)制板）是以水泥、硅酸鹽以及纖維質(zhì)為主要原料，通過擠塑成形工藝并由高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)制成的中空板狀制件，其表面硬度高，即使不加任何涂飾仍有一定的防水性。如果涂飾，則具有很高的耐用性，可在工廠里預(yù)涂聚氟乙烯樹脂，可以達(dá)到20年的保證期。其主要特點(diǎn)：質(zhì)輕高強(qiáng)，抗彎強(qiáng)度是混凝土的5倍，抗壓強(qiáng)度是混凝土的2倍；而尺度大減少拼接縫；且耐候性、化學(xué)穩(wěn)定性俱佳，具有使用壽命長(zhǎng)與隔音性能好的效果。特別是連接方式采用了獨(dú)特的Z型夾具與結(jié)構(gòu)連接，連接件本身有一定的形變余地，在地震中能有效避免板材斷裂或脫落現(xiàn)象的發(fā)生?！癏-SCBS/ECB技術(shù)體系”在日本阪神地震中創(chuàng)造了“零脫落”的奇跡充分證明了其節(jié)能設(shè)計(jì)的有效性；而且其抗震性能好、經(jīng)久耐用的住房與建筑避免了建設(shè)上的資源浪費(fèi)；該技術(shù)在裝配中減少了施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵、噪音等對(duì)環(huán)境的污染，也可通過廢棄物消減回收再利用，實(shí)現(xiàn)了建筑材料的循環(huán)利用。

⑵H-SBCCS/NTC技術(shù)體系?！癏-SCBS/ECB技術(shù)體系”即H鋼梁管柱組合框架結(jié)構(gòu)+NTC板體系，應(yīng)用于典型的抗震框架的組合鋼結(jié)構(gòu)墻體。該體系由松下公司創(chuàng)用，其方鋼管柱各向等強(qiáng)，抗扭剛度大，承載能力高；鋼管端頭封閉后抗腐蝕性能好；外形規(guī)則且斷面尺寸較小，組成的結(jié)構(gòu)輕巧美觀，即使直接露于室內(nèi)，也不容易對(duì)人們?cè)斐蓚Γ淮送夥戒摻孛嫘∫埠苋菀茁裼趬w內(nèi)，因而具有很好的建筑適用性。此體系中的抗震框架增加了額的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也可在地震的特殊情況下吸收彎形。

結(jié)構(gòu)工藝：在方管上焊接出一截牛腿后可與H梁做高強(qiáng)度螺栓連接或焊接，但因?yàn)榉戒撌欠忾]型截面，無法采用高強(qiáng)度螺母/螺栓聯(lián)接，諸如材質(zhì)、熱處理以及螺栓長(zhǎng)度等都是方鋼螺紋連接強(qiáng)度的死穴，所以就采用在內(nèi)部加襯板，或是外部加襯板，乃至特意焊上一個(gè)輔助節(jié)點(diǎn)的辦法來解決，甚至還想出了方鋼柱節(jié)點(diǎn)處局部加厚和拉鉚螺栓這樣的點(diǎn)子。但是它永遠(yuǎn)少一半，即螺栓是高強(qiáng)度的，而螺母（拉鉚處）不是高強(qiáng)度的，因而不能稱之為高強(qiáng)度連接。

構(gòu)造功能：方鋼柱間距較大，裝飾板只有約20mm的厚度，自身的剛度顯然不夠，所以要配合使用背襯龍骨，用鋼量會(huì)有所上升。若將其與前述C型鋼框架組合使用，較小的柱距為板提供了剛度保證，就可省去裝飾龍骨，似乎更為理想。不過這種做法的外壁通氣層可利用構(gòu)造龍骨間的空間，墻身的總厚度可以相應(yīng)減小，而前述ASLOC板雖然內(nèi)部有貫通孔洞，但墻內(nèi)水氣因壁面阻擋無法進(jìn)入，需另外留出通氣的空間。

節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)：方鋼和H型鋼組成的結(jié)構(gòu)相比用鋼量少，和圓鋼管相比，梁柱連接構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，不產(chǎn)生空間相貫，便于加工。外墻裝飾板材是以水泥、有機(jī)纖維為主要原料制成的陶制外墻裝飾板材。其厚度小，重量輕，強(qiáng)度比較高，尺寸也比較大，施工便捷，且圖案性能高，保公性好，不易變形。松下公司將H-SBCCS/NTC技術(shù)體系與城市規(guī)劃戰(zhàn)略相結(jié)合，正在日本神奈川縣建立一個(gè)可容納1000人居住的節(jié)能低碳城鎮(zhèn)。

（3）H-SBS/ALC技術(shù)體系?！癏-SBS/ALC技術(shù)體系”即H型鋼梁結(jié)構(gòu)+蒸壓輕質(zhì)混凝土板體系，應(yīng)用于小斷面C型鋼鉅形墻框架。該體系由積水公司創(chuàng)用，其鋼框架的豎向受力是由對(duì)角線有斜拉鋼筋的小C鋼鉅形墻框架承擔(dān)，相鄰的框架C型鋼背對(duì)背，共同構(gòu)成類似“束柱”的結(jié)構(gòu)，豎向受力結(jié)構(gòu)由多層鋼框組成，H型鋼梁在水平向連通，屬“柱斷梁通”的結(jié)構(gòu)形式。采用的小斷面H型鋼組合束柱連節(jié)點(diǎn)較多，給制造和施工帶來一定的復(fù)雜度，不過由于柱尺寸小不露于室內(nèi)，空間完整性好，也使墻體的厚度較小。斷面小傳熱量就會(huì)減小，“冷熱橋”現(xiàn)象處理較容易，但其內(nèi)由于斜拉筋限制了墻體的位置，加之結(jié)構(gòu)構(gòu)件密集，這又對(duì)室內(nèi)空間的靈活分割有些不利。

結(jié)構(gòu)工藝：從“H-SBS/ALC技術(shù)體系”的結(jié)構(gòu)工藝分析，此種外墻體系內(nèi)部的鋼框架結(jié)構(gòu)與保溫層在同一平面構(gòu)造層上，由于C型鋼框架斷面小，結(jié)構(gòu)厚度小于保溫導(dǎo)線的厚度，其可以掩在保溫層之內(nèi)，較小的跨度很容易與外壁板的寬度相協(xié)調(diào)，可以“每跨一板”，外壁板自身的支撐框架通過一個(gè)金屬卡件固定在框架柱上，采用了“柱上掛板”的方案。這種小柱掛的鋼框架還可以減少次級(jí)受力結(jié)構(gòu)——裝修龍骨的使用權(quán)用，節(jié)約了鋼材。

構(gòu)造功能：從構(gòu)造層次的功能上分析，外壁板由于采用加氣混凝土基材實(shí)現(xiàn)了“外墻外保溫”，配合鋼柱間填充保溫綿的做法共同達(dá)到優(yōu)異的外墻保溫性能。另一個(gè)明顯特點(diǎn)是外墻板與結(jié)構(gòu)層間有一空氣間層，并且這里的空間從建筑的基礎(chǔ)至屋頂連通，能夠及時(shí)排出壁體內(nèi)多余的濕氣，不至于在壁體內(nèi)聚集水分對(duì)使用壽命造成不利的影響。

節(jié)能裝配優(yōu)勢(shì)：該體系采用的蒸壓累質(zhì)混凝土板采用干法施工，工種配備單純，工期短，性能好；具有遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的磚石混凝土的0.5～0.65g/cm3的密度，根本上減輕了建筑的重量；高溫蒸氣養(yǎng)護(hù)中材料內(nèi)形成致密結(jié)晶體構(gòu)造，干燥收縮率與熱線膨脹率小，不易變形；耐火性好；0.4w/m·k的導(dǎo)熱系數(shù)和0.27m2·k/w的熱阻保證其極佳的保溫隔熱性能，達(dá)到同樣的熱工性能，較磚石材料顯著減小墻體厚度，提高得房率；其隔音性能優(yōu)越。為了保護(hù)地球環(huán)境，積水公司利用“H-SBS/ALC技術(shù)體系”建造的“零排碳住宅”在2008年北海道洞爺湖八國首腦峰會(huì)上展示，受到與會(huì)各國領(lǐng)導(dǎo)人的高度評(píng)價(jià)。

5.4 KSI節(jié)能裝配技術(shù)

KSI中的“S”英文Skeleton的縮寫，就是指住宅與建筑結(jié)構(gòu)部分的骨架體與支撐體；“I”是英文Infill的縮寫，指住宅里面的填充體，包括設(shè)備管線和內(nèi)裝修；“K”是指日本UR機(jī)構(gòu)（都市再生機(jī)構(gòu)）。1973年UR機(jī)構(gòu)開始從“公團(tuán)實(shí)驗(yàn)住宅項(xiàng)目（KEP）”開發(fā)節(jié)能裝配技術(shù)，到2010年發(fā)展成為KSI節(jié)能裝配技術(shù)體系。

（1）KSI體系要求：①支撐體系：固定在土地上的承重構(gòu)件；共用設(shè)施管線；共用設(shè)備機(jī)器、豎向和水平交通道；外墻體系；共用玄關(guān)門、窗框。②填充體系：住戸內(nèi)裝；專用部分配管配線；專用部分設(shè)備機(jī)器；間隔墻（非承重墻）。

（2）KSI結(jié)構(gòu)概要：①結(jié)構(gòu)：純剛性框架鋼筋混凝土；②層高：1層3600mm、2層3000mm；③層數(shù)：2層（但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上設(shè)想為11層）；④地面面積：1層約260平米、2層約230平米；⑤其它：屋頂上可建獨(dú)戶感覺的房屋。

（3）KSI無障礙設(shè)計(jì)：日本KSI住宅設(shè)的無障礙設(shè)計(jì)主要有：①按需要安裝扶手，比如衛(wèi)生間，浴室，門庭處等；②室內(nèi)不出現(xiàn)地面高低差，戶門的入口，浴室入口；③室內(nèi)門的開放方向，比如廁所的門要外開，或是推拉門；④衛(wèi)生間門的有效開口750mm以上；⑤采用防滑地面材料，特別是門庭，浴室，廚房；⑥插座，開關(guān)的適當(dāng)高度。

（4）KSI節(jié)能建材：日本KSI住宅建筑應(yīng)用的新型節(jié)能建材有：①自主清潔：通過自然雨與日光就能把污垢去除，以節(jié)能技術(shù)保持清潔美觀；②阻擋紫外線防止劣化：阻擋紫外線，防止內(nèi)裝的退色及劣化；③通過改裝提高性能：提高不破壞建筑框架的簡(jiǎn)單安裝功能；④防止結(jié)露而導(dǎo)致劣化的產(chǎn)生：只要貼在墻壁上，即可將室內(nèi)的濕度控制到最適。

（5）KSI設(shè)計(jì)要點(diǎn)：①主要結(jié)構(gòu)體具有百年耐久性；②沒有小梁和承重墻的大型樓板；③公共管井設(shè)置在住棟公共空間內(nèi)；④電器配線與結(jié)構(gòu)主體分離。⑤上下層布局多樣化；⑥住宅功能和規(guī)格靈活多變。

（6）KSI施工方式：①采用地面優(yōu)先施工法；②采用地下配線槽方式；③帶式電纜施工法；④采用排水總管施工法；⑤電線與結(jié)構(gòu)體分離法。

（7）KSI節(jié)能功效：①房屋支撐體和填充體分離施工；②居者隨時(shí)根據(jù)需要改變居住空間；③房間布局與裝飾允免自由變更或更新；④單體建筑實(shí)現(xiàn)多元化的套型設(shè)計(jì)。

日本的KSI節(jié)能裝配技術(shù)創(chuàng)造了可持續(xù)居住環(huán)境的最成熟體系，對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)等方面都具有重要意義。

5.5 NEXT21節(jié)能裝配技術(shù)

為了探索與環(huán)境共生的可持續(xù)節(jié)能裝配技術(shù)，日本引進(jìn)了荷蘭建筑師研究會(huì)“骨架與支撐體SI理論”發(fā)展的“支撐體和可分體SAR理論”，由日本國土交通省住宅局成立的環(huán)境共生住宅研究會(huì)（ESHRA）與日本建設(shè)環(huán)境/節(jié)能機(jī)構(gòu)財(cái)團(tuán)（IBEC）共同企劃發(fā)展，以探索21世紀(jì)城市集合住宅模式為目標(biāo)，于1993年由大阪株式會(huì)社于大阪市中心企劃建成NEXT21實(shí)驗(yàn)住宅。

NEXT21住宅，又稱為NEXT21可持續(xù)節(jié)能裝配住宅體系，是為探索未來可持續(xù)裝配住宅能源系統(tǒng)和住宅設(shè)備建設(shè)的一棟試驗(yàn)性環(huán)境共生型集合住宅。其中的建筑面積為1542m2，地下1層，地上6層，包括由安藤忠雄在內(nèi)的共計(jì)13名建筑師分別設(shè)計(jì)的18個(gè)居住單元，以及配置在整個(gè)建筑物上的綠化面積約為1000m2。為實(shí)現(xiàn)建筑主體結(jié)構(gòu)使用年限100年，住戶內(nèi)部裝配可隨時(shí)改造的目標(biāo)，采用了主體和住戶分離的SI裝配建造方式。這樣既保證結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐用，又能夠?qū)ψ暨M(jìn)行改造而又不傷害結(jié)構(gòu)，同時(shí)也保證了裝配住戶設(shè)計(jì)的自由度。

NEXT21住宅建筑自1994年4月建成入住開始，至2012年結(jié)束了三個(gè)階段15年的居住實(shí)驗(yàn)。

第一階段（1994～1999年）《主題》：①節(jié)約能源；②地球環(huán)境；③舒適生活。

NEXT21住宅自1994年4月建成入住起到1999年結(jié)束，經(jīng)歷了第一個(gè)5年居住實(shí)驗(yàn)。該階段植物環(huán)保：重視植被、野鳥等生態(tài)觀察，實(shí)施了森林型土壤和土壤生物化；在廚余、垃圾處理方面，利用再生水，典型水質(zhì)為BOD·SS2～3ppm，用水削減19%；在節(jié)能環(huán)保方面：利用一次能源下降27%，CO2排放下降25%，NOX排放下降74%。為此，1997年日本環(huán)境共生住宅研究會(huì)（ESHRA）開始改為“環(huán)境共生住宅推進(jìn)協(xié)會(huì)（APES）”，會(huì)員約90 家；1999年APES創(chuàng)立了《環(huán)境共生住宅認(rèn)定制度》，明確了NEXT21住宅的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定只有滿足相應(yīng)節(jié)能環(huán)保條件的住宅才可以稱為環(huán)境共生住宅。

第二階段（2000～2005年）《主題》：①全球環(huán)保；②人性化生活。

NEXT21住宅自2000年起到2005年結(jié)束，經(jīng)歷了第二個(gè)5年居住實(shí)驗(yàn)。該階段增加住戶內(nèi)設(shè)備機(jī)器，實(shí)行24小時(shí)換氣、靈活防水盤、遙控淋浴器等；在改造居住建筑方面，包括裝配式外墻、廚房、衛(wèi)生間，把原有一戶改為2戶，并裝配可移動(dòng)輕質(zhì)隔墻與可移動(dòng)收納空間；在適應(yīng)人性化生活方式方面，實(shí)行了21個(gè)生活方案和實(shí)際驗(yàn)證。在節(jié)能環(huán)保方面：利用一次能源下降30%，CO2排放下降72%，NOX排放下降87%。

第三階段（2007～2012年）《主題》：①全球環(huán)保；②少子·老齡化社會(huì)。

NEXT21住宅自2007年起到2012年結(jié)束，經(jīng)歷了第三個(gè)5年居住實(shí)驗(yàn)。該階段實(shí)施了深化環(huán)保的節(jié)能技術(shù)；天然氣換成氫的轉(zhuǎn)換器，把氫燃料電池共用在8個(gè)住宅，3～4層住宅共用熱電冷聯(lián)產(chǎn)設(shè)備，能源消費(fèi)平均化、LED、用自然能源設(shè)備等。為適應(yīng)少子老齡化社會(huì)的居住要求，設(shè)置了和社區(qū)連接設(shè)施，并在2層設(shè)置infill實(shí)驗(yàn)室。

NEXT21實(shí)驗(yàn)住宅從建設(shè)開始到今天，該住戶設(shè)計(jì)以新的視角尋求21世紀(jì)的居住解決方案。但是從日本開展環(huán)境共生住宅的NEXT21節(jié)能裝配技術(shù)普及運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)狀來看，總體上還處在普及的初期階段。日本實(shí)施《環(huán)境共生住宅認(rèn)定制度》以來，環(huán)境共生住宅的數(shù)量增長(zhǎng)引人注目，1999年認(rèn)定的環(huán)境共生住宅僅為113戶，2004年認(rèn)定數(shù)量為1903戶，年認(rèn)定數(shù)增加了10倍以上。自2007 年10 月日本出臺(tái)《建筑物環(huán)境保護(hù)制度》，給予NEXT21實(shí)驗(yàn)住宅示范新、改擴(kuò)建建筑新的動(dòng)力。2014年日本全國住宅總數(shù)為5499萬戶，每年新建住宅數(shù)量約150萬戶，已經(jīng)認(rèn)定的環(huán)境共生住宅截至2014年底總共才5萬多戶，所占比例還沒達(dá)到千分之一。但是從日本政府最近公布的《京都議定書目標(biāo)達(dá)成計(jì)劃》看，在截至2020年的溫室氣體減排計(jì)劃中，對(duì)產(chǎn)業(yè)部門和包括住宅在內(nèi)的民用部門都提出很高的要求。從這個(gè)角度看，日本環(huán)境共生NEXT21住宅的建設(shè)將獲得更大的政府推力，預(yù)計(jì)其普及速度會(huì)逐步加快。

（未完待續(xù)）

譯據(jù)日本雜志《工業(yè)學(xué)院》2016年12號(hào)、《財(cái)田產(chǎn)業(yè)》2017年第3期、《新產(chǎn)經(jīng)發(fā)展》2017年4月號(hào)

原文作者：東京大學(xué)研究生院建筑信息研究系教授坂村健、愛知產(chǎn)業(yè)大學(xué)經(jīng)營學(xué)部教授吉田修、橫濱商科大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)部長(zhǎng)伊藤穰教授

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】C

【文章編號(hào)】1671-3362（2018）02-0032-06